論文の概要: Nitrogen-Vacancy Emission from Nanodiamonds: Size, Depth, and Surroundings
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.08565v1
- Date: Tue, 12 Aug 2025 02:08:35 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-08-13 21:07:34.274696
- Title: Nitrogen-Vacancy Emission from Nanodiamonds: Size, Depth, and Surroundings
- Title（参考訳）: ナノダイヤモンドからの窒素・原子価放出:サイズ・深さ・周辺
- Authors: Harini Hapuarachchi, Francesco Campaioli, Jared H Cole, Andrew D Greentree, Qiang Sun,
- Abstract要約: ダイヤモンド中の負電荷の窒素空孔中心は、固体量子エミッタである。
ナノダイヤモンドに埋め込むと、大きさ、形状、表面効果の複雑さが生じる。
量子光学的NVモデルと厳密な電磁シミュレーションを結合するハイブリッドフレームワークを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.7857381140624573
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The negatively charged nitrogen-vacancy (NV) center in diamond is a leading solid-state quantum emitter, offering spin-photon interfaces over a wide temperature range with applications from electromagnetic sensing to bioimaging. While NV centers in bulk diamond are well understood, embedding them in nanodiamonds (NDs) introduces complexities from size, geometry, and surface effects. NVs in NDs show altered fluorescence properties including longer lifetimes, lower quantum efficiency, and higher sensitivity to dielectric surroundings, which arise from radiative suppression, surface-induced non-radiative decay, and total internal reflection. Prior models typically addressed isolated aspects, such as dielectric contrast or surface quenching, without integrating full quantum-optical NV behavior with classical electrodynamics. We present a hybrid framework coupling rigorous electromagnetic simulations with a quantum-optical NV model including phonon sideband dynamics. NV emission is found to depend strongly on ND size, NV position, and surrounding refractive index. Our results explain observations such as shallow NVs in water-coated NDs appearing brighter than deeper ones in air and provide a unified framework for realistic emission scenarios. Unlike previous models, our approach predicts wavelength-dependent escape efficiencies and position-dependent variations. This integrated model informs the design of brighter NV-based sensors and quantum devices, advancing understanding of quantum emitter photophysics in nanoscale dielectrics.
- Abstract（参考訳）: ダイヤモンド中の負電荷窒素空孔(NV)中心は鉛直固体量子エミッタであり、電磁センサーからバイオイメージングまで幅広い温度範囲でスピン光子界面を提供する。
バルクダイヤモンド中のNV中心はよく理解されているが、ナノダイヤモンド(ND)に埋め込むと、サイズ、幾何学、表面効果の複雑さが生じる。
NDのNVは長寿命、量子効率の低下、誘電体周囲への感度の向上などの蛍光特性を変化させている。
以前のモデルは典型的には、古典的な電磁力学と完全な量子光学的NV挙動を統合することなく、誘電コントラストや表面クエンチングのような孤立した側面に対処した。
フォノンサイドバンドダイナミクスを含む量子光学的NVモデルと厳密な電磁シミュレーションを結合するハイブリッドフレームワークを提案する。
NV放射はNDサイズ、NV位置、および周囲の屈折率に強く依存している。
以上の結果から,水被覆NDの浅部NVは大気中の深部NDよりも明るく見え,現実的な放出シナリオの統一的な枠組みを提供する。
従来のモデルとは異なり、我々の手法は波長依存性の避難効率と位置依存性の変動を予測する。
この統合モデルは、より明るいNVベースのセンサーと量子デバイスの設計を知らせ、ナノスケール誘電体における量子エミッタ光物理の理解を深める。
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